Ультразвуковий активатор складових композиційних полімерних матеріалів

Реферат: UA 76986 U UA 76986 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Корисна модель належить до області хімічної, харчової та будівельної техніки, зокрема до приладів для диспергування та змішування мінеральних речовин. Відомий пристрій для активації цементної суспензії [АС СРСР №1175720, МПК В28С 5/46, 1985 p.], який забезпечений закріпленими в днищі магнітострикційним перетворювачем з паралельно. валам випромінюючою пластиною, а вали виконані різношвидкісними, причому високошвидкісний вал, виконаний з закріпленими на ньому дисками, які чергуються з шайбами, а низькошвидкісний - у вигляді пустотілого барабана з кільцевими канавками для входу дисків високошвидкісного вала. Недоліком пристрою є: - недостатній ступінь диспергування твердих частинок та їх перемішування; - відсутність умов для утворення найбільш сильного диспергатора твердих частинок - явища кавітації. Відомий пристрій для активації цементної суспензії [АС СРСР №1451027, МПК В28С 5/46, 1989 p.], який забезпечений воронками, кожна з яких розташована під мембраною та змонтована на ємності за допомогою кільця та прокладки, установлена паралельно осі ємності, тягою з кульовими клапанами, один з яких розміщено на кришці ємності, а кожний з наступних у днищі мембрани, виконаної тарілчатої форми з перфорованим бортом, причому кожний перетворювач розташовано на днищі мембрани. Недоліками пристрою є: - недостатній ступінь диспергування твердих частинок (на одиницю енергоємності); - наявність вакуумної системи; - складність збирання та розбирання в умовах експлуатації із-за складності конструкції. Відомий також пристрій для активації [АС СРСР №1675107, МПК В28С 5/46, 1991 p.], який забезпечений напівциліндричними мембранами однакової кривизни, розміщеними одна до одної вигнутими сторонами так, що з врахуванням горизонтально закріплених фланців для їх установки між упорами, жорстко закріпленими вздовж на внутрішній поверхні ємності симетрично по обидві сторони горизонтальної осі, і пружних прокладок між ними, створюють циліндр, подібний ємності з суміщеними центрами, при цьому верхній магнітострикційний перетворювач жорстко закріплений на випуклій стороні верхньої мембрани симетрично вертикальній осі, а у основі її фланців паралельно повздовжній осі розміщені відводи, на внутрішній стороні нижньої мембрани також симетрично вертикальній осі жорстко до неї закріплений нижній магнітострикційний перетворювач, по периметру основи якого розміщені відводи. Відомий також змішувач-активатор дисперсних сумішей [патент України №41738, МПК В28С 5/46, 2001 p.], який забезпечений кульовою мембраною ультразвукових коливань, симетрично та співвісно розміщеною всередині кульової ємності, нижня півкульова частина якої забезпечена допоміжним патрубком з корковим краном та отворами у верхній частині, а верхня півкульова частина - отворами, нижні з яких виконані на рівні горизонтальної мембрани, забезпеченої магнітострикційним перетворювачем, жорстко закріпленим до верхньої сторони, отворами по його контуру, яка за допомогою упорів та кільцевої амортизуючої та герметизуючої прокладки зафіксована по горизонтальній осі. Недоліками змішувача-активатора дисперсних сумішей є складність у виготовленні кульових конструкцій мембрани і ємності та недостатній ступінь диспергування твердої фази суспензії. Відомий також активатор мінеральних речовин [патент України №29472, МПК В28С 5/46, 2008 p.], який забезпечений герметичною циліндричною ємністю, яка складається з верхньої циліндричної секції з кришкою, забезпеченою центральним вхідним патрубком з корковим краном та нижньої циліндричної секції з днищем, установленим на амортизаторах, забезпеченим вихідним патрубком з корковим краном, при цьому між секціями горизонтально установлена мембрана, з допомогою кругових герметизуючих і амортизуючих прокладок, з отворами, на якій з верхньої сторони центрально і жорстко закріплені магнітострикційний перетворювач ультразвукових коливань, пустотний конусний перфорований отворами концентратор та пустотний конусний концентратор центрально з'єднаний з нижнім кінцем вхідного патрубка герметизуючої та амортизуючої прокладкою, а з нижньої її сторони аналогічно закріплені з проміжками пустотний центральний конусний концентратор, перфорований отворами, пустотний конусний концентратор і пустотний конусний концентратор з центральним отвором. Недоліками активатора мінеральних речовин є: - складність виготовлення пустотних концентраторів; - недостатня якість активації мінеральних речовин та змішування продуктів руйнування їх з рідкою фазою суспензії. 1 UA 76986 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 Відомий також активатор суспензії [патент України №26711, МПК В28С 5/46, 2007 p.], який оснащений ємністю, утвореною вигнутим днищем з вихідним патрубком, забезпеченим корковим краном і розміщеним на амортизаторах, та випуклою кришкою, між якими з допомогою герметизуючих і амортизуючих прокладок горизонтально установлені упори, до яких жорстко симетрично закріплене трубчате кільце з внутрішнім вирізом і отворами по периметру основи магнітострикційного перетворювача, жорстко і симетрично вертикальній осі закріпленого до верхньої горизонтальної мембрани, жорстко з'єднаної по верхній кромці вирізу і центральними отворами, а по нижній кромці вирізу жорстко і горизонтально закріплена нижня мембрана з центральним отвором, до якої знизу жорстко і центрально закріплений півкульовий концентратор з центральним отвором. Недоліками активатора є: - недостатня активація суспензії і змішування її складових; - швидкий знос півкульового і кругового циліндричного концентраторів. Найближчим аналогом є активатор дисперсних сумішей [патент України №44597, МПК В28С 5/46, 2002 p.], що містить установлену на підставці за допомогою амортизаторів ємність з кришками, завантажувальний і розвантажувальний патрубки з корковими кранами, п'єзокерамічні перетворювачі з тефлоновими оболонками і запірно-роздавальну арматуру, забезпечений шайбою, ємність виконана горизонтальною, одна з кришок з горловиною розташована в лівій частині корпуса відносно вертикальної осі корпуса, друга - в правій частині корпуса, причому випромінювачі з'єднані за допомогою перегородки, розміщеної у верхній частині ємності перед площиною, яка проходить через вертикальну вісь корпуса і під гострим кутом до неї, причому торці випромінювачів, зовнішніх відносно внутрішнього випромінювача, й один з торців останнього розміщені між упорами кришок, другий кінець внутрішнього випромінювача - у горловині кришки, з'єднаної з розвантажувальними патрубками, порожнина отвору якого сполучена з порожниною внутрішнього випромінювача, а шайба розташована між внутрішніми упорами кришки, встановленої в лівій частині ємності, при цьому зовнішній випромінювач зв'язаний за допомогою амортизаційної прокладки з завантажувальним патрубком, а внутрішні випромінювачі, парні і непарні відносно зовнішнього випромінювача виконані з отворами, розташованими в парних випромінювачах ліворуч від перегородки, у непарних випромінювачах - праворуч від останньої. Недоліками найближчого аналога є: - недостатній ступінь активації твердих частинок суспензії і змішування продуктів руйнування з рідкою фазою; - складність у виготовленні циліндричних п'єзокерамічних випромінювачів великого діаметра. Задачею корисної моделі є підвищення якості суспензії і удосконалення конструкції установки. Поставлена задача вирішується тим, що ультразвуковий активатор складових композиційних полімерних матеріалів утримує вертикальну циліндричну ємність, установлену на амортизаторах, яка забезпечена низькочастотним вібратором горизонтальних коливань та низькочастотним вібратором вертикальних коливань, кришкою з патрубком, під'єднаним до вакуумної системи, забезпеченим корковим краном та вхідним центральним патрубком з корковим краном, який продовжений до нижньої частини ємності і закінчується закріпленим на ньому гідродинамічним випромінювачем, а в верхній його частині, під кришкою на нього насаджені напрямні у вигляді півциліндричного кільця повернутого вниз відкритою частиною, а до центрального отвору днища жорстко закріплений корпус з розміщеним в ньому ротором форми цифри вісім, який переходить в центральний вихідний патрубок з корковим краном, при цьому на патрубку під напрямними закріплений п'єзокерамічний елемент циліндричної форми, який розміщений між тефлоновими трубками, нижній кінець якого закритий відбивачем, виконуючим функції дна тефлонових циліндрів, який забезпечений центральним отвором малого діаметра. Загальними ознаками ультразвукового активатора складових композиційних полімерних матеріалів, які співпадають з ознаками прототипу, є циліндрична ємність, установлена на амортизаторах, з запірно-роздавальною арматурою і розміщеним в ній п'єзокерамічним випромінювачем циліндричної форми, під'єднаним до генератора ультразвукових коливань. Конструктивні рішення ультразвукового активатора складових композиційних полімерних матеріалів забезпечує ряд переваг і суттєвих відмінностей ознак у порівнянні з найближчим аналогом, основними з яких є: 1. Частково нове сполучення ознак, що указує на наявність суттєвих відмінностей: п'єзокерамічний випромінювач малого діаметра і установлений вертикально; всередині 2 UA 76986 U 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 п'єзокерамічного випромінювача центрально установлений подовжений вхідний патрубок; в нижній частині п'єзокерамічного випромінювача закріплений відбивач з центральним отвором малого діаметра. 2. Заміна частини ознак іншими, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: циліндричні випромінювачі великого діаметра змінені на циліндричний випромінювач малого діаметра, установленого вертикально; вхідний патрубок замінений на подовжений всередину ємності і забезпечений гідродинамічним випромінювачем; у верхній частині подовженого вхідного патрубка закріплені напрямні. 3. Введення нових ознак, що теж свідчить про наявність суттєвих відмінностей: роторний механізм з лопатями обертання форми цифри 8; відбивач з отвором малого діаметра; гідродинамічний випромінювач; кільцевий півциліндричний напрямний пристрій; низькочастотні вібратори горизонтальних і вертикальних коливань. Конструктивні рішення ультразвукового активатора складових композиційних полімерних матеріалів забезпечують нові взаємоположення ознак, нові типи зв'язків і взаємодії між ознаками. На кресленні зображений ультразвуковий активатор складових композиційних полімерних матеріалів в повздовжньому перерізі. Ультразвуковий активатор складових композиційних полімерних матеріалів утримує вертикальну циліндричну ємність 1, установлену на амортизаторах 2, яка забезпечена низькочастотним вібратором 3 горизонтальних коливань та низькочастотним вібратором 4 вертикальних коливань, кришкою 5 з патрубком 6, під'єднаним по вакуумної системи (не показана), забезпеченим корковим краном 7 та вхідним, центральним патрубком 8 з корковим краном 9, який продовжений до нижньої частини ємності 1 і закінчується закріпленим на ньому гідродинамічним випромінювачем 10, а в верхній його частині, під кришкою 5 на нього насаджені напрямні 11 у вигляді півциліндричного кільця, повернутого вниз відкритою частиною. До центрального отвору 12 днища 13 жорстко закріплений корпус 14, з розміщеним в ньому ротором 15, що має форму цифри вісім, який переходить в центральний вихідний патрубок 16 з корковим краном 17. На патрубку 8 під напрямними 11 закріплений п'єзокерамічний елемент 18 циліндричної форми, який розміщений між тефлоновими трубками 19 і 20, нижній кінець якого закритий відбивачем 21, що виконує функції дна тефлонових циліндрів, який забезпечений центральним отвором малого діаметра 22. Ультразвуковий активатор складових композиційних полімерних матеріалів працює таким чином. При закритому корковому крані 17, ввімкненому високочастотному генераторові (не показаний), під'єднаному до п'єзокерамічного елемента 18, відкритому корковому крані 7 з під'єднаним патрубком 6 до ввімкненої вакуумної системи, включених вібраторах 3 і 4 і відкритим корковим краном 9 по вхідному патрубку 8 подають суспензію, яка підлягає активації і змішуванню її складових. Під дією різниці тисків (атмосферного по патрубку 8 і вакууму по патрубку 6), суспензія проходить через гідродинамічний випромінювач 10, під яким в турбулентних потоках суспензії виникають явища кавітації, які є потужними деструкторами твердої фази в рідині і активними змішувачами продуктів руйнування твердих частинок з рідиною. Дію кавітації доповнюють удари і співудари цих твердих частинок при зустрічі суспензії з відбивачем 21 і переміщенні її по його поверхні та поверхні тефлонового циліндра 19. При цьому мають місце різні види тертя та механічна ерозія твердої фази. Під дією різниці тисків суспензія піднімається вверх і на неї діє сфокусоване ультразвукове поле, випромінюване внутрішньою стороною п'єзокерамічного елемента 18, чим підтримується дія кавітації, а після переливання суспензії через верхній край тефлонових грубок 19 і 20 потік її попадає в зону дії ультразвукового поля, яке випромінюється зовнішньою стороною п'єзокерамічного елемента 18, що сприяє подальшій дії кавітації. Дія низькочастотного вібратора 3 горизонтальних коливань та аналогічного вібратора 4 вертикальних коливань забезпечує якісне змішування продуктів руйнування твердої фази з рідиною та сприяє появі турбулентного руху потоків суспензії, завдяки чому в ультразвукових полях виникає кавітація. Значне збільшення питомої поверхні твердої фази ірівномірний розподіл цих частинок в суспензії адекватно сприяють активності суспензії при її подальшому використанні. При досягненні суспензією рівня верхнього краю п'єзокерамічного елемента вмикають ротор 15 та частково або повністю корковий кран 17 і по патрубку 16 видаляють активовану і змішану суспензію. Одночасно корковим краном 9 регулюють об'єм надходячої в ємність 1 суспензії по патрубку 8 і процес продовжується в безперервному режимі. 3 UA 76986 U 5 Після закінчення роботи установка промивається аналогічним чином, а далі, вимикаються високочастотний генератор (не показаний), вакуумна система (не показана), низькочастотні вібратори 3 і 4 та ротор 15. Отвір 22 відбивача 21 служить для видалення залишків суспензії з центральної частини ємності. При відновленні роботи процеси повторюються. ФОРМУЛА КОРИСНОЇ МОДЕЛІ 10 15 20 25 Ультразвуковий активатор-змішувач, що містить циліндричну ємність, установлену на амортизаторах, з запірно-роздавальною арматурою і розміщеним в ній п'єзокерамічним випромінювачем циліндричної форми, під'єднаним до високочастотного генератора ультразвукових коливань, який відрізняється тим, що він утримує вертикальну циліндричну ємність, установлену на амортизаторах, яка забезпечена низькочастотним вібратором горизонтальних коливань та низькочастотним вібратором вертикальних коливань, кришкою з патрубком, під'єднаним до вакуумної системи, забезпеченою корковим краном та вхідним центральним патрубком з корковим краном, який продовжений до нижньої частини ємності і закінчується закріпленим на ньому гідродинамічним випромінювачем, а в верхній його частині, під кришкою на нього насаджені напрямні у вигляді півциліндричного кільця, повернутого вниз відкритою частиною, а до центрального отвору днища жорстко закріплений корпус, з розміщеним в ньому ротором, що має форму цифри вісім, який переходить в центральний вихідний патрубок з корковим краном, при цьому на патрубку під напрямними закріплений п'єзокерамічний елемент циліндричної форми, який розміщений між тефлоновими трубками, нижній кінець якого закритий відбивачем, виконуючим функції дна тефлонових циліндрів, який забезпечений центральним отвором малого діаметра. 4 UA 76986 U Комп’ютерна верстка Г. Паяльніков Державна служба інтелектуальної власності України, вул. Урицького, 45, м. Київ, МСП, 03680, Україна ДП “Український інститут промислової власності”, вул. Глазунова, 1, м. Київ – 42, 01601 5